无线传感器网络LEACH协议的节能改进算法摘要：通过分析LEACH协议簇头选举算法的运行机制，针对无线传感器网络节点能量有限的问题，提出改进的簇头选举算法LEACH-I。该算法在簇头选举阶段将节点的剩余能量和节点到簇头的距离作为簇头选举的考虑因素，在数据传输阶段结合多跳传输计算所有节点在一轮的总能耗，最终推出最佳的簇头范围，通过控制簇头数量达到优化网络性能的目的。仿真结果表明，改进算法均衡了节点能量的消耗，有效地延长了整个网络的生命周期。关键词：无线传感器网络；LEACH路由协议；最佳簇头数;能量消耗中图分类号：TP393Animprovedenergy-savingalgorithmbasedonLEACHinwirelesssensornetworkAbstract:ByanalyzingtherunningmechanismofLEACHprotocolclusterheadelectionalgorithm,aimingattheproblemofwirelesssensornetworknodeenergylimited,toimprovetheclusterheadelectionalgorithmisusedtoLEACH–I.Thealgorithmintheclusterheadelectionphaseofthenoderesidualenergyandthedistanceofthenodetotheclusterheadastheclusterheadelectionconsideration,indatatransmissionphasecombinedwithmultiplehopstransmissioncalculationoftotalenergyconsumption,allnodesintheround,finallyintroducedthebestclusterheadrange,bycontrollingthenumberofclusterheadstoachievethepurposeofoptimizingthenetworkperformance.Simulationresultsshowthattheimprovedalgorithmbalancethenodeenergyconsumptionandprolongthelifecycleoftheentirenetworkefficiently.Keywords:WirelessSensorNetwork;LEACHprotocol;optimalnumberofclusterheads;energyconsumption0引言无线传感器网络（WSN）是由大量传感器节点以自组织的方式构成的无线网络。传感器节点通常采用电池供电，其计算和存储能力十分有限，因此节能是无线传感器网络的一个重要研究方向[1][2][3]。无线传感器网络的路由协议主要功能是寻找源节点和目的节点之间的优化路径，实现数据分组沿着优化路径正确转发。其中LEACH（LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy，LEACH)路由协议是最早提出的一个能量利用率较高的分层路由协议，协议根据产生的随机数来选取簇头，采用分簇的方式，由节点轮流担当簇头，实现了网络能量消耗的均衡[4][5]。本文针对LEACH协议的一些不足，提出一种改进算，仿真结果表明，改进后的算法减少了网络能量消耗，有效的延长了网络寿命。1LEACH算法概述LEACH算法是无线传感器网络最早提出的分簇路由协议，它的执行过程是周期性的，LEACH定义了轮的概念，每轮分为簇的建立阶段和稳定状态阶段。在簇的建立阶段，每个节点产生一个（0,1）之间的随机数，并把它和阀值T(n)进行比较，如果这个数小于阀值，则该节点成为簇头节点。T(n)的计算公式为：其中，是簇头在所有传感器节点中所占的百分比，,为网络中的簇头个数，为网络中的节点总数，是当前的轮数，是前轮中未当选过簇头节点的集合。因此，在轮时，。这样可以确保在每轮，每个节点有且只能成为一次簇头。节点一旦选为簇头，立即向外广播自己成为簇头的消息，其他节点根据收到的广播消息的信号强度决定要加入的簇，最后簇头为簇内节点创建TDMA时隙表，并将该表发送给簇内节点。稳定阶段中，簇内节点按照TDMA表在规定的时间将采集的数据传送至簇头。簇头节点对所有数据进行融合并发送至基站，之后网络进入下一轮，不断循环，每个簇采用不同的CDMA代码进行通信来减少其他簇内节点的干扰[6]。2.簇头选择的改进Leach协议中所有节点被选为簇头的概率是相等的，即使经过许多轮之后，不同的节点能量相差很大，但是他们当选为簇头的概率依然是相等的。在这种情况下会出现一些剩余能量很少的节点依然被选为簇头节点，由于簇头节点承担的任务较多，消耗的能量较大这样导致此节点的能量会很快耗尽，出现网络“洞点”使得整个网络的生存时间变短[7]。因此，应当把节点的剩余能量这个因素作为簇头选择的考虑因素。方案一：结合Leach的阀值公式再将节点的剩余能量考虑进去，提出改进的阀值[8]为：(2)其中为表示节点的初始能量，表示节点的当前能量值。这种方法...